多孔介质模型校验水平潜流人工湿地水力特性的研究

水平潜流人工湿地对污废水有较好的处理效果,湿地内水力特性对其处理效果有较大影响。理解湿地内部各处的水力特性及优化湿地结构参数是正确构建水平潜流人工湿地水质处理数学模型的前提。运用地下水流多孔介质水力方程建立了水平潜流人工湿地水流特性的数学模型;借助计算流体动力学模拟技术实现了湿地水力模型的数学求解,所得模拟示踪物数值与实测示踪物数值基本吻合,验证了人工湿地中多孔介质模型的正确性。探讨了湿地表面长宽比、水力负荷和水力传导度对湿地水力停留分布密度RTD函数的影响,并计算了人工湿地水力效率。结果表明:长宽比和水力传导度对湿地水力效率影响较大,水力效率随长宽比增大而增大,随水力传导度增大而减小,且水力传导度间接反映颗粒粒径对水力效率的影响;水力负荷对水力效率影响不大,但影响RTD曲线的形状,使湿地水力停留时间改变较大。     

垂直潜流人工湿地对农村污水的净化及微生物群落

为解决农村生活污水直接排入自然环境所造成的水污染问题,提升河流污染防控水平和脆弱河流水质稳定性,根据农村分散式污水特征,综合考虑经济、高效和景观因素,选用悬浮球、沸石、陶粒、煤矸石、碎石和铁碳6种湿地填料,搭配美人蕉、吉祥草、鸢尾、再力花4种植物构建多级垂直潜流人工湿地系统。以该湿地系统为研究对象,研究其在室外动态条件下对污水中COD、NH⁺₄-N、TP等污染物质的去除效果,并利用高通量测序手段探讨了湿地系统水流沿程上的各级单元微生物群落结构。结果表明：在0.2 m³/(m²·d)进水负荷下,湿地系统对水中COD、NH⁺₄-N和TP均有较好的净化效果,去除率分别为84.38%,65.78%,74.67%,出水浓度稳定满足DB 51/2626—2019《农村生活污水处理设施水污染物排放标准》二级标准。微生物测序显示各单元微生物群落结构在水流沿程上差异性并不显著,但在相对丰度上具有一定差异性,门分类水平上以变形菌门(Proleobacteria)、酸杆菌门(A...     

植物塘-人工湿地复合系统基质与植物筛选及农田退水处理研究

通过等温吸附试验研究4组不同组合基质对水中氨氮和磷素的吸附效果,考察模拟农田退水中植物的生长状况及对化学需氧量(COD)、氨氮(Ammonia)和总磷(TP)去除率,并从6种水生植物中选取适宜的栽种植物,进而构建植物塘-人工湿地复合系统,以处理模拟农田退水.结果 表明,由Langmuir方程得到组合基质对氨氮的最大吸附量从大到小依次为M3、M1、M4、M2,对磷素的最大吸附量从大到小依次为M1、M3、M4、M2.选择M1为植物塘的最佳填充基质,M3为人工湿地的最佳填充基质.模拟农田退水中挺水植物和沉水植物生长状况迥异,4种挺水植物对氨氮和TP的去除效果差异显著,其中氨氮的去除率从大到小依次为菖蒲、千屈菜、泽泻、香蒲,TP的去除率从大到小依次为泽泻、千屈菜、菖蒲、香蒲;2种沉水植物中狐尾藻对COD、氨氮和TP的去除率均显著高于金鱼藻.选择狐尾藻为植物塘的栽种植物,“菖蒲+泽泻+千屈菜”为人工湿地的栽种植物.植物塘-人工湿地复合系统对COD去除率为96.05％～ 98.06％,氨氮去除率为98.07％～98.88％,TP去除率为95.14％～96.68％,去除效果均良好.     

反硝化细菌强化潜流湿地的污水处理厂尾水脱氮试验

为了揭示反硝化菌强化潜流湿地的污水处理厂尾水脱氮效果及机理,以砾石、红砖碎块、钢渣、陶粒、土壤为湿地填料,茭白、梭鱼草、黑麦草、红叶石楠为湿地植物,构建了两套湿地系统,其中一套投加菌剂,另一套作为对照组,使用双总体t检验方法分析了投加反硝化细菌B8(Pseudomonas putida)菌液于水平潜流湿地系统的操作与生物强化湿地脱氮程度之间的相互关系。结果表明,将反硝化菌(B8)菌液连续14 d投加于水平潜流湿地后,在强化潜流湿地运行的58 d内,其NH_4~+-N、NO_2~--N和TN平均去除率分别为65.3%、94.2%和71.5%;而未投菌的潜流湿地的NH_4~+-N、NO_2~--N和TN平均去除率分别为28.2%、74.7%和43.1%,加入菌剂使潜流湿地氮素去除能力大幅提高。双总体t检验方法分析表明,在停止投菌运行的41 d内,接种B8细菌的湿地系统的总氮去除率显著高于未投菌的湿地系统(p0.05);但在停止投菌运行的58 d内,投菌湿地和未投菌湿地脱氮效果的差异不显著(p0.05),因此确定B8强化水平潜流湿地系统的投菌周期为58 d。     

基于水力优化的模块化人工湿地除污性能评价

针对模块化人工湿地导流板设置无相关规范参考的问题,将数值模拟与小试研究相结合,系统评价了导流板设置方式对单元湿地模块内部水流状态与除污性能的影响。结果表明,通过在系统内部合理设置导流板可有效改善单元湿地模块的水力性能。沿水流方向分别在距湿地模块前段1/3处的下部和2/3处的上部设置高为280mm和290 mm导流板后,模块内部的水力效率达到最优,对应的λ增至0.935 6。按照优化结果设置导流板后,人工湿地模块对生活污水中COD、NH3-N、TN和TP的去除率分别为83.57%、74.49%、50.03%和59.69%,明显高于不设导流板的模块(COD 76.37%、NH3-N 66.66%、TN 36.39%和TP 43.74%),各项指标在净化出水中的残留量分别为33.05 mg/L、2.34 mg/L、9.06 mg/L和1.67 mg/L,满足GB 18918—2016《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B排放标准。     

ZnCo-LDHs改性人工湿地沸石基质对城市污水的净化效果

选取常用的垂直流人工湿地沸石基质,采用金属离子物质的量比(Zn~(2+)∶Co~(3+))为2∶1在碱性环境下共沉淀生成ZnCo-LDHs,并覆膜于沸石基质表面,分析了改性前后基质的物化特性;构建模拟垂直流人工湿地基质试验柱,对改性前后2种沸石基质对城市污水的净化效果进行了研究。结果表明:Zn Co-LDHs覆膜改性沸石基质的方法是可行的;ZnCo-LDHs覆膜于基质表面,改变了原始沸石基质的物理化学特性,促进了基质对污染物的物理拦截和物化吸附作用;ZnCo-LDHs改性基质对城市污水中CODCr、氨氮、TP的净化效果均有所提高,其平均去除率分别达到了76%、63%和88%。     

不同配置人工湿地对分散性生活污水的处理效能研究

为研究不同植物及组合(美人蕉+黄菖蒲、花叶芦竹、黄菖蒲、旱伞草)与不同填料(陶粒、沸石、改性沸石、改性钢渣)对系统处理分散性生活污水效能的影响,建立了8种不同配置的潜流式人工湿地中试系统。结果表明,各湿地对COD均具有较好的去除效果(去除率大于70%)。旱伞草、黄菖蒲+美人蕉、黄菖蒲和花叶芦竹四植物系统对TN的去除率均呈先降低后上升的趋势,最终平均去除率分别为57.8%、51.1%、50.4%和45.5%。改性沸石、沸石、陶粒和改性钢渣填料系统对TN平均去除率分别为96.4%、83.7%、34.6%和26.6%。各植物系统对TP的去除效果差异不显著,其中旱伞草系统TP平均去除负荷最大(0.63 g/(d·m2))。各填料对TP的去除效果从大到小依次为改性钢渣、改性沸石、陶粒、沸石,改性钢渣和改性沸石对TP的去除能力显著高于陶粒和沸石,平均去除率达86.3%和78.8%。研究表明,分别采用旱伞草和改性沸石为湿地植物和填料具有较好的应用前景。     

不同植物人工湿地对生活污水净化效果试验研究

将象草(Pennisetum purpureum)和美人蕉(Canna india)应用于表面流人工湿地处理系统,探讨了该系统在不同温度下对生活污水中总氮和总磷的净化效果。结果表明,象草和美人蕉人工湿地系统净化生活污水的效果良好,TN的平均去除率分别为76.77%和66.49%,TP分别为82.99%和87.99%,COD分别为58.38%和49.49%;2种植物湿地系统对污水的处理效果与温度无显著相关性,净化效率随环境温度的上升而增加并趋于稳定。     

序批式深床人工湿地冬季处理效能

针对连续流人工湿地脱氮效果差、占地面积大、冬季效能低的问题,以提高人工湿地冬季低温运行效能、减小人工湿地占地面积为目标,在前期序批式深床人工湿地研究基础上,重点考察其冬季低温条件下的处理效能。结果表明,温度对序批式深床人工湿地效能影响显著,8~10℃下城镇污水进水COD、NH_4~+-N和TN质量浓度为261mg/L、60 mg/L和70 mg/L时,各自平均去除率分别为72.6%、36.7%和40.2%,较20~25℃时分别下降9.8%、15.4%和10.6%;水温8-10℃时,2级序批式深床人工湿地系统COD、NH_4~+-N和TN去除率分别为95.1%、74.7%和78.7%,较单级系统的72.0%、38.9%和41.1%分别提高了23.1%、35.8%和37.6%。     

进水方式对序批式深床人工湿地硝化效能的影响

针对现有人工湿地硝化效能低、占地面积大的问题,研究污水处理厂尾水人工湿地高效硝化深度处理技术,采用序批式深床人工湿地反应器(DSCW),考察进水方式及其运行工况对硝化效能的影响。结果表明,进水方式、进水时间和闲置时间对湿地硝化效能影响显著。进水方式采用"连续进水-间歇出水"较连续进出水运行工况NH_4~+-N去除率高39.69%。连续进水时间为5.5 h、7.5 h、11.5 h时,NH_4~+-N去除率分别为81.82%、88.12%、89.91%;闲置时间为0、2 h、4 h时,NH_4~+-N去除率分别为88.12%、94.46%、92.60%。反应器在水温(20±3)℃、负荷35.56 g NH_4~+-N/(m2·d)、连续进水7.5 h-间歇出水0.5 h-排空闲置2 h运行工况下,出水NH_4~+-N为0.91 mg/L,去除率为94.46%,系统NH_4~+-N去除效能大幅提高。     

人工湿地对二级出水中TN、TP去除效果的季节性研究

研究了垂直流和表面流两种人工湿地系统在水力停留时间为2 d条件下,在不同季节对二级出水中TN、TP的去除效果。结果显示,垂直流湿地系统对TN、TP的去除效果优于表面流湿地系统。两种类型的人工湿地对TN的去除效果随季节的变化而波动,夏秋季节去除率最高,春季次之,冬季去除效果最差;垂直流人工湿地系统对TP的去除效果随季节的变化趋势与TN去除率的变化相同,而表面流湿地系统对TP的去除效果在春夏秋季变化不大,冬季的平均去除率仅有16.5%。分析认为,人工湿地应用于二级出水的深度处理,对于满足观赏性景观环境用水(尤其是观赏性河道和湖泊类)的水质指标是可行的。     

The evaluation of potential purification of a horizontal subsurface flow constructed wetland treating greywater in semi-arid environment

The potential purification of an horizontal subsurface flow constructed wetlands (HSSFCW) treating greywater in a Moroccan primary school was investigated according to the monitoring of water quality parameters over a period of 100 days through two simultaneous stages: first, an internal three dimensional grid of sampling ports; secondly, an entry and exit. The calibration of the relaxed TIS concentration model based on tank in series hydraulic assumption with experimental data gave the frequency distribution profiles of K-rate constant values for the three parameters: BOD₅, COD and TN, whose maximum values are respectively 50 m/yr, 70 m/yr, and 42 m/yr. The HSSFCW system has higher K-rate coefficient for all the three parameters at the bottom layer compared with the surface layer, with increasing K-rates over length. The analysis of bacteriological and chemical results has shown that the HSSFCW could not completely remove all pollutants (especially TN and TP), but it could be used successfully to upgrade the quality of greywater to an acceptable level. However, we predict that there will be an increase in removal efficiencies with time bearing in mind that the system is newly implemented.     

某人工湿地系统对水中持久性有机污染物去除效果的分析

采用固相萃取样品前处理技术和气相色谱/电子捕获检测器(GC/ECD)及气相色谱/质联联用(GC/MS)分析方法,对某人工湿地系统进、出水中持久性有机污染物(包括多环芳烃、多氯联苯、有机氯农药)的质量浓度进行了分析和对比,以研究该湿地水中持久性有机物的污染水平及湿地对它们的处理效果.结果表明,多环芳烃检出19种,以二环为主,萘及其同系物约占总量的71%;有机氯农药只检出HCH的4种异构体和七氯;多氯联苯检出5种,以二氯代为主.这3类物质的浓度水平明显低于以往的研究结果,且低于国家地表水环境质量标准(GB 3838-2002).对于持久性有机物浓度较低的水源水,湿地对以上3类物质的去除效果不明显.     

污水地下渗滤系统基质床特性模拟

为提高污水地下渗滤系统(Subsurface Waste-water Infiltration System,SWIS)的生物脱氮效率,改进了基质床体结构组成,采用土柱模拟试验对比了基质床改进前后ORP特征及氨化、硝化及反硝化细菌数量的变化。结果表明,在地下渗滤系统中,氨氮的去除率(Q)随基质层深度的变化规律为Q(100 cm)Q(80 cm)Q(20 cm)≈Q(40 cm)Q(60 cm)。改进后基质铺设顺序依次为:0~60 cm填充炉渣和草甸棕壤(两者体积比为3∶7),60~130 cm铺设活性污泥、炉渣和草甸棕壤(三者体积比为1∶2∶7)。基质床结构组成改进后,20~60 cm区域氧化电位(ORP)大幅提高,尤其60 cm深度处ORP从0提高到180 m V,有效促进了硝化反应的进行;床体氨化、硝化及反硝化细菌数量大幅度提高,对NH+4-N及TN的脱除效率分别较改进前提高了12.6%和10.5%,出水NH+4-N及TN质量浓度满足城市景观地表水水质标准(GB/T 18921—2002)。     

刚性填料布置方式对水流特性及污染物去除的影响

研究使用生物填料技术净化河流水体对水流特性的影响,生物填料分为刚性和柔性两种,采用刚性生物填料进行试验.对室内大小相同的填料渠(长×宽×高为1 000 cm × 40 cm×30 cm)设置不同的填料密度和布置方式:A渠填料密度为48 m/m3,均匀填充;B渠为24m/m3,均匀填充;C渠为24 m/m3,两边填充;D渠为空白.在不同的水力停留时间(HRT)下,分析各渠x和y方向流速等值线图及COD去除率.结果表明:1)由于不同水渠填料布置方式不同,其流态也存在差异,流场紊乱程度从高到低的填料渠为C渠、A渠、B渠、D渠;2)填充密度和布置方式对填料与水体的接触也有影响,水体通过填料层流量占总流量百分比从大到小的各渠为C渠、B渠、A渠,随HRT增加差距缩小;3)填料填充密度越大,对COD的去除率越高,同等密度下,填料两边布置比均匀布置对COD有更好的去除效果.